Sistem pembangkit listrik terdiri dari peralatan yang berlokasi di berbagai tempat untuk memasok energi listrik secara ekonomis. Pembangkit listrik mengkonversi energi alam menjadi listrik menggunakan teknologi. Ada dua jenis pembangkit: konvensional seperti termal dan non-konvensional seperti matahari. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) mengkonversi energi potensial air menjadi energi mekanik dan listrik.

1. Pembangkit Tenaga listrik
Bambang Mulyo R

2. Sistem Tenaga Listrik
Terdiri dari hampir semua peralatan listrik dan ditempatkan di lokasi yang berbeda
tergantung pada kebutuhan dan semuanya bekerja sama untuk tujuan memasok energi
listrik ke konsumen secara ekonomis. BAMBANG MULYO R 2

3. Beberapa
kelebihan energi
listrik
• Efisiensi lebih
• Kehandalan tinggi
• Ekonomis
• Mudah digunakan dan
dikendalikan
• Tidak ada polusi atmosferik
BAMBANG MULYO R 3

4. Proses konversi tenaga listrik
Pembangkitan tenaga listrik adalah proses mentransformasikan energi
yang tersedia di alam menjadi energi listrik menggunakan teknologi
konversi
Sumber
energi
Teknologi
konversi
Energi
listrik
BAMBANG MULYO R 4

5. Jenis pembangkit tenaga listrik
• Menurut teknologi konversi dibedakan menjadi jenis konvensional dan non
konvensional
• Jenis konvensional seperti termal, hidal, diesel, gas dengan ciri:
• Pembangkitan listrik ukuran besar terpusat (dari sisi kapasitas dan tegangan suplai)
• Membangkitan tegangan tinggi
• Biaya instalasi tinggi dan biaya operasional rendah
• Digunakan generator sinkron
• Transmisi daya listrik jarak jauh dan tersambung ke sistem distribusi
• Jenis non konvensional seperti tenaga matahari, angin, tidal, biomassa,
panas bumi, dengan ciri:
• Pembangkit listrik ukuran sedang sampai kecil dan tersebar (tidak terpusat)
• Membangkitkan tegangan rendah
• Biaya instalasi rendah dan biaya operasional tinggi
• Generator asinkron (induksi)
• Langsung tersambung ke system distribusi
BAMBANG MULYO R 5

6. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA)
• Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bermula
dari konversi energi potensial air (waduk)
menjadi energi mekanik (kinetik) dalam
turbin air, dan konversi energi mekanik
menjadi energi listrik oleh generator listrik.
• Pembangkit listrik tenaga air merupakan
sumber energi terbarukan yang penting dan
memberikan fleksibilitas yang signifikan
dalam aplikasi pembebanan dasar (base
loading), beban puncak, dan penyimpanan
energi.
gamesaelectric.com
• Meskipun biaya modal awal tinggi, kesederhanaan yang dimiliki pembangkit listrik
tenaga air, ditambah dengan biaya operasi dan pemeliharaan yang rendah, masa pakai
yang lama, dan keandalan yang tinggi, menjadikannya sumber pembangkit listrik yang
sangat hemat biaya dan fleksibel.
BAMBANG MULYO R 6

7. • Karakteristik pengoperasiannya fleksibel, cepat dalam memasok dan
melepaskan beban, dan mengikuti variasi beban sistem.
• Fitur berguna lainnya termasuk kemampuannya untuk dioperasikan
tanpa ketersediaan tegangan sistem daya (kemampuan black start),
kemampuan untuk mentransfer dengan cepat dari mode
pembangkitan ke mode kondensor sinkron, dan aplikasi penyimpanan
air melalui pemompaan.
• Unit pembangkit listrik tenaga air memiliki kapasitas mulai dari
beberapa kilowatt hingga hampir 1GW. Ukuran pembangkit multiunit
berkisar dari beberapa kilowatt hingga maksimum 22,5GW.
• Pembangkit listrik tenaga air terletak di wilayah geografis yang
memanfaatkan sumber energi air secara ekonomis.
• Penempatan pembangkit listrik tenaga air prospektif memerlukan
evaluasi yang cermat dari faktor teknis, ekonomi, lingkungan, dan
sosial.
• Sebagian besar biaya proyek mungkin diperlukan untuk mitigasi
dampak lingkungan, relokasi infrastruktur dan populasi dari daerah
banjir.
BAMBANG MULYO R 7

8. • PLTA dapat beroperasi jika energi air tersedia di mana pun ada aliran air dan akumulasi ketinggian letak
(head).
• Head mewakili energi potensial dan merupakan jarak vertikal di mana fluida jatuh dalam proses konversi
energi.
• Sebagian besar lokasi memanfaatkan head dari waduk air tawar; namun, fluida lain seperti air asin dan
limbah yang diolah telah digunakan.
• Spillways (jalur luapan) dan katup kontrol tambahan dan terowongan outlet disediakan di struktur
bendungan untuk melewatkan aliran yang biasanya tidak dapat dialirkan melalui turbin
energy.gov
BAMBANG MULYO R 8

9. Jenis PLTA
Ada tiga jenis utama pembangkit listrik
tenaga air, diklasifikasikan menurut
metode pengendalian aliran hidrolik (air) di
lokasi:
• Pembangkit aliran sungai (run-off-the-river
plants), memiliki sejumlah kecil
penyimpanan air dan dengan demikian
sedikit kontrol aliran melalui pembangkit.
• Storage plants, memiliki kemampuan untuk
menyimpan air dan dengan demikian
mengontrol aliran melalui pembangkitan
setiap hari atau musiman
• Pumped-storage plants, di mana arah
putaran turbin dibalik selama di luar jam
sibuk, memompa air dari reservoir bawah ke
reservoir atas, sehingga "menyimpan energi"
untuk produksi listrik selanjutnya selama jam
sibuk
BAMBANG MULYO R 9

10. Pemilihan Kapasitas Pembangkit, Energi, dan Fitur Desain Lainnya
• Kapasitas pembangkitan pembangkit listrik tenaga air merupakan
fungsi dari head dan laju aliran air yang dikeluarkan melalui turbin
hidrolik, seperti yang ditunjukkan pada persamaan:
• dimana P = daya listrik [kilowatt, kW], η = efisiensi, Q = debit air
[m3/detik], H = tinggi head [m]
• Laju aliran dan head dipengaruhi oleh aliran masuk reservoir
(bendungan), karakteristik penyimpanan, fitur desain pabrik dan
peralatan, dan pembatasan aliran yang diberlakukan oleh irigasi,
pelepasan hilir minimum, atau persyaratan pengendalian banjir.
• Historis kondisi aliran harian, musiman, maksimum (banjir), dan
minimum (kekeringan) dipelajari dengan cermat dalam tahap
perencanaan pembangunan baru.
BAMBANG MULYO R 10

11. • Kapasitas pembangkit, energi, dan fitur fisik seperti bendungan dan
struktur spillway dioptimalkan melalui studi ekonomi yang kompleks
yang mempertimbangkan data hidrologi, operasi reservoir yang
direncanakan, karakteristik kinerja peralatan pabrik, biaya konstruksi,
nilai kapasitas dan energi, dan diskon keuangan.
• Biaya gardu induk, transmisi, telekomunikasi, dan fasilitas kontrol di
luar lokasi juga merupakan pertimbangan penting dalam analisis
ekonomi. Jika pembangkit memiliki kemampuan penyimpanan, maka
manfaat sosial dari pengendalian banjir dapat dimasukkan dalam
analisis ekonomi.
• Pertimbangan perencanaan penting lainnya adalah pemilihan jumlah
dan ukuran unit pembangkit yang dipasang untuk mencapai kapasitas
dan energi pembangkit yang diinginkan, dengan mempertimbangkan
biaya unit terpasang, ketersediaan unit, dan efisiensi pada berbagai
output daya unit (American Society of Mechanical Engineers–
Hydropower Technical Committee, 1996)
BAMBANG MULYO R 11

12. • Komponen utama unit
pembangkit listrik tenaga air
seperti diperlihatkan pada
gambar.
• Unit pembangkit dapat memiliki
poros yang berorientasi pada
arah vertikal, horizontal, atau
miring tergantung pada kondisi
fisik lokasi dan jenis turbin yang
digunakan.
• Gambar di samping
menunjukkan unit turbin Francis
poros vertikal tipikal
Skema detail PLTA
BAMBANG MULYO R 12

13. Gambar berikut menunjukkan unit turbin baling-baling poros
horizontal.
BAMBANG MULYO R 13

14. Turbin air • Jenis turbin yang dipilih untuk aplikasi tertentu
dipengaruhi oleh head dan laju aliran. Ada dua klasifikasi
turbin hidrolik: impuls dan reaksi.
• Turbin impuls digunakan untuk head tinggi—kira-kira
300m atau lebih. Semburan air berkecepatan tinggi
mengenai sudu berbentuk sendok pada runner yang
berada pada tekanan atmosfer. Turbin impuls dapat
dipasang secara horizontal atau vertikal dan termasuk jet
tegak lurus (dikenal sebagai tipe Pelton), jet diagonal
(dikenal sebagai tipe Turgo), atau tipe aliran silang.
Air yang dikeluarkan dari turbin diarahkan ke draft tube
dimana air tersebut keluar ke saluran tailrace, reservoir
yang lebih rendah, atau langsung ke sungai
BAMBANG MULYO R 14

15. • Dalam turbin reaksi, air mengalir dari selubung spiral
melalui baling-baling pemandu radial stasioner,
melalui gerbang kontrol dan ke bilah runner pada
tekanan di atas atmosfer.
• Ada dua kategori turbin reaksi—Francis dan baling-
baling. Di turbin Francis, dipasang di head hingga
sekitar 360m, air mendorong bilah runner secara
tangensial dan keluar secara aksial.
• Turbin baling-baling menggunakan runner tipe baling-
baling dan digunakan pada head rendah—di bawah
kira-kira 45m. Runner baling-baling dapat
menggunakan sudu tetap atau sudu pitch variabel—
dikenal sebagai Kaplan atau tipe regulasi ganda
memungkinkan kontrol sudut sudu untuk
memaksimalkan efisiensi turbin pada berbagai head
hidraulik dan tingkat pembangkitan.
• Turbin Francis dan baling-baling juga dapat diatur
dalam konfigurasi generator miring, tabung, bulb,
dan rim.
• Aliran melalui turbin dikenda-likan oleh wicket gates
(gerbang gawang) pada turbin reaksi dan oleh needle
nozzles (nozel jarum) pada turbin impuls. Sebuah
katup masuk turbin atau gerbang masuk penstock
disediakan untuk isolasi turbin selama shutdown dan
pemeliharaan.
theunboxfactory.com
BAMBANG MULYO R 15

16. Contoh Soal 1
Sebuah PLTA mempunyai debit air sebesar 14 m3/detik dengan tinggi
air terjun 125 meter. Apabila efisiensi turbin bersama generator
sebesar 0,95 , hitunglah besarnya daya yang di bangkitkan generator.
Jawab :
P = 9,8.η.H.Q
P = 9,8 x 0,95 x 125 x 14
P = 16292,5 kW
BAMBANG MULYO R 16

17. Contoh Soal 2
Sebuah PLTA dengan debit air mingguan senagaimana berikut:
PLTA tersebut memiliki ketinggian head 20 m, efisiensi keseluruhan 85% dan factor beban 40%.
Hitunglah (i) debit air harian rata-rata, (ii) kolam cadangan yang diperlukan, dan (iii) kapasitas
pembangkit.
Hari Minggu Senin Selasa Rabu Kamis Jumat Sabtu
Q (m3/detik) 500 520 850 800 875 900 546
BAMBANG MULYO R 17

18. BAMBANG MULYO R 18
(iii) P = 9,8 x η x Q x H
= 9,8 x 0,85 x 713 x 20
= 118785,8 kW
= 118,8 MW